基于虛擬儀器的多相電機測試系統的設計

向  東，熊浩，李槐樹

(海軍工程大學，湖北武漢430033)

    摘要：介紹了基于虛擬儀器的多相電機測試系統的設計與實現，在設計該系統時采用了符合PXI總線規定的硬件儀器模塊，使用圖形化編程語言LabView設計了多相電機參數自動測試的各種算法，實現了多通道同時快速數據采集以及并行同步采集。實際應用結果表明該系統穩定可靠，測量結果達到了設計要求的精度。

    關鍵詞：虛擬儀器；PXI；LabView；多相電機；數據采集

    中圖分類號：TM34  文獻標識碼：A  文章編號：1004—7018(2008)04—0006一03

0引言

    近年來隨著船舶電力推進技術的全面發展，對推進電動機的要求越來越高，主要表現在小型化和高密度化(功率密度、轉矩密度)兩方面。多相電機可以用低壓器件實現大功率的輸出，特別適合無法得到高電壓但又要輸出大功率的場合，而且多相電機轉矩脈動小，系統穩定性高，可以缺相運行，可靠性較高，非常適合船舶電力推進系統的應用。為開展多相電機及其控制設備的設計理論、控制方法、運行特性等方面的研究，建立了多相電機實驗系統。系統組成結構如圖1所示。由于多相電機及控制系統的實驗主要用于研究驗證，因此其實

驗特點是測試項目多，各個項目測試的參數數量和類型較多，而且往往要求對多個參數同時測量，測試要求精度高。采用傳統的測試儀表進行測試，由于自動化程度低，操作復雜，工作量大，而且精度也難以達到要求。因此，建立一種高精度、自動化的測試手段變得十分重要^[1]。

    虛擬儀器是全新概念的新一代的測量儀器。自1987年誕生以來，這一技術與前幾代測試儀器相比，以********的速度迅猛發展。本文分紹了基于PXI總線的多相電機測試系統的硬件組成，Lab—vIEw的軟件開發環境，以及基于LabVlEW的多相電機測試系統的軟件開發。

1硬件組成

    整個系統主要由傳感器、信號變換電路、PXI總線儀器和控制計算機等構成，它們通過MXI-3總線和信號電纜相互連接。系統組成如圖2所示。信號變換電路完成傳感器的供電和信號變換等功能。

變換后的電壓信號傳送到PXI總線儀器。PxI總線儀器是由PxI機箱、MXI-3控制器接口卡和各種測量儀器模塊構成。通過運行在控制計算機中的程序進行控制，完成對來自信號變換電路的電壓信號的采集和傳輸。控制計算機完成對PXI總線儀器的功能設置、信號同步和觸發、運行控制、數據處理和記錄等功能。

    主要PxI總線硬件設備采用美國NI公司的PXI總線產品：機箱采用有8個插槽的PⅪ-1000B，通過基于MXI-3總線的PcI—PcI橋式模塊。PXI-Pcl8335外掛零槽控制器，****數據吞吐率可以達到132 MB／s，持續傳輸率達到80 MB／s。數據采集模塊根據不同信號的采樣速率要求，分別由多功能數據采集卡PXI-60701E、PXI-6071E、PxI-6025E、同步數據采集卡PXI一6115E等構成。其中，PXI-6070E和PXI-607lE均為采樣速率1．25MS／s、采樣位數12 bit的數據采集卡，分別用于電動機和發電機的電流和電壓信號采集。由于采用的電壓傳感器頻寬為20 kHz，電流傳感器頻寬為100kHz。為較好地測量電壓和電流的高頻波形，同時考慮到測量系統的通用性、擴展性和將來的需求，電壓采樣采用PxI-6071E，電流采樣采用Pxl—6070E，PxI-6070E、PXI-607lE、PxI-6025E三種采集卡均包含有數字量輸入輸出通道，用于對電機控制信號的采集。

2 軟件開發

2．1軟件開發環境

    LabVIEw是I_aboralory Virtual InstIllnlerlt Enmgi-neering Workbench的簡稱，是由美國NI公司創立的一個功能強大而又靈活的儀器和分析軟件應用開發工具^[2]。它是一種圖形化的編程語言(G編程語言)，使用這種語言編程時，基本上不寫程序代碼，取而代之的是流程圖，用戶只要連接各個框圖就能構成程序。即使是只有很少編程經驗的人也容易學會LabVIEw。LabVIEw下構成的程序被稱為虛擬儀器，即用虛擬的計算機“軟面板”代替傳統儀器的“硬面板”。在虛擬儀器系統中，硬件變得僅僅負責信號的輸入輸出，而系統的開發、功能的提升，在很